【摘要】初中华师大版科学教材一题“思考与讨论”关于家庭电路中使用的电能表表盘上通常都标有两个电流参数,例如:10(20)A、5(10)A等,这两个电流参数的名称和确切含义到底是什么?各种版本的初中教材对此是众说纷纭,没有一致的表述说法,给师生造成一定困扰,本文试图解决这一问题。
【关键词】 电能表;电流参数;教材版本;中考试题
华师大版初中科学九年级上册P130-131有一题关于电能表电流参数的“思考与讨论”,其中有这样一段表述:表上还标有“10(20A)的字样,表示这个电流表的额定电流为10A,而在短时间内可允许电流达到20A,因为电冰箱压缩机、洗衣机的电动机的启动电流会很大。根据以上数据心算一下,使用这个电能表的家庭用户同时使用的家用电器的总功率不应超过多少瓦。根据表述的意思,为了保护电能表,所得出的总功率不应超过2200W。查阅华师大版配套教师教学用书,给出的参考答案也是2200W。
表述中涉及两个电流参数,10A和20A。10A明确写着额定电流,20A则以括号内的形式出现。本人认为,电能表应该是测量仪器,与电流表、电压表等一样,只能说在一定的准确度范围内正常工作,那么这个10A 的额定电流就是该电能表正常工作时的电流,但又与实际使用矛盾,因为在实际使用中,电流大小是由实际使用电器的多少来决定,不可能一直是10A,从这个角度理解,10A也只是电能表正常工作的某一个电流值而已。所以,用10A来考虑计算允许的总功率也是不恰当的。而对于括号内的电流值20A,则以短时间内允许达到的电流值来表述,据此本人的理解就是考虑最大电流不能长时间达到这个值,否则会对电能表造成损害。
为了更好了解这两个电流参数含义,本人查阅了相关电能表参数的文章。其中《物理教师》初中版2009年第3期王得敏老师撰写的《一个亟待澄清的问题》一文,旨在澄清教材中表述得不够清楚的关于电能表参数的问题。王得敏老师的表述,完全否定了华师版教材中关于10A电流参数意义的表述。2011年第1期在《物理教师》发表王克城老师“关于《一个亟待澄清的问题》的思考——与王得敏老师的商榷”一文,否定了王得敏老师的观点,则赞同华师大版中所表述的电流参数的意义。之后,则无关这方面的说明了。
本人仔细参阅了两位老师的文章,对两位老师针对学科教学问题各抒己见,并能提出相应观点及参考依据深表敬佩,其中王克城老师还通过亲身实验,测试白炽灯泡在冷状态下的电阻,依此来说明问题,似乎也颇具有一定的说服力。而王得敏老师则参考了有关国家标准对电能表的两个电流参数的名称及简单含义作了简单说明。根据国家标准,电能表标有两个电流值,如10(20)A。这里所标10A为基本电流(basic current),符号:Ib,是确定仪表有关特性的电流值,也称为标定电流值。它是由电能表的起动电流(即能够使转盘连续转动的最小电流)决定的。例如对于2.0级电能表来说,该电能表计量的准确度为2.0级(即误差是示数的2%),起动电流(能使该电能表转盘连续转动的最小电流)为0.5%×Ib。20A为额定最大电流(rated maximurn current),是仪表能满足标准规定的准确度的最大电流值,符号Imax。通过电能表的电流可高达其基本电流的二倍、三倍、四倍,有的高达八倍,达不到二倍的只标基本电流。在选取电能表时,一方面要注意负载最小电流不能低于启动电流;另一方面长期使用的电流值不能高于最大额定电流(若电能表只标有一个电流值,如5A,这只是基本电流值,并非允许通过的最大电流。对于这种电能表一般地说超载到120%是不会发生问题而且能满足电能表的准确测量)。依据这个标准,也就很清楚地说明,只要实际电流不超过电能表“额定最大电流”都是允许的,并不受到时间的限制,在此情况下工作应当都是出于“正常工作”状态的。所以,确定电路中允许的用电器实际功率总和应该依据“额定最大电流”而非括号外的“标定电流”或“基本电流”。那么,华师大版的“思考与讨论”题中,最后的参考总功率应该是4400W,而不是2200W。
以上所述,本人认为电能表上所有的电流参数可以简单表述为电能表能在准确度允许情况下的一个电流范围。以10(20)A为例,10A是指基本电流(标定电流),这个值是用来确定电能表启动计量的最小电流值(不同级别的电能表计算不同,本文上面以2级例举计算,初中阶段不作要求)。括号内20A,是最大电流值,是电能表能够满足准确计量要求的最大电流值。接入电表的电流超过此值,会造成电能表计量不准确或损耗,甚至会造成电表烧毁及安全事故。那么,该电能表在10A和20A之间的电流工作,都属于正常工作状态,都可以理解为额定电流,只是大小不同,两个端点值而已。
本人也参考了2019年各地有关电能表参数方面的中考试题,确实存在对电能表电流参数意义理解不同的现象,以致出现不同的参考答案。
如(2019·天水)小英家6月底电能表的示数如图甲所示,7月底表盘示数如图乙所示,由图可知她家7月份用电器消耗的电能为 kW·h;她家现在已经接入用电器的总功率为3600W,则最多还可以连接 W的用电器同时工作。将铭牌已模糊的饮水机单独接在该电能表上正常工作3min,电能表指示灯闪烁了160次,则饮水机的额定功率是 W。
这题第二空的参考答案给出了3000,而3000是根据该表标示的电压220V×30A-3600W所得出的答案。本人认为该电能表的电流参数只标了30A,也就是其额定最大电流不足其标定电流的2倍,对于这种电能表一般地说超载到120%是不会发生问题而且能满足电能表的准确测量。所以,这一填空对于初中学生来说是很难回答的问题,应该要避免此类问题。
又如(2019·衡阳)小明家上次査看电能表示数 :
本次查看时电能表读数如图所示,则下列说法正确的是( )
A .他家在这段时间内消耗的电能为903kW·h
B .电能表是测量电功率的仪表
C .若只让一个标有“220V 1000W”的电热水器正常工作10min,则电能表的圆盘转了600转
D .这个电能表的额定功率为2200W
这题参考答案给出了C选项,通过计算是正确,也就是否定了D选项。而D选项是根据电能表所标示的电压和电流参数所得出的额定功率,所以是不正确的,也是本人所认同的电流参数的意义
再如(2019·辽阳)如图是威威家的电能表,由表盘上的信息可知,他家同时使用的用电器总功率不能超过 W。威威家有一台烤面包机,铭牌上标有“220V 900W”的字样,某次烤面包机单独正常工作时,电能表的转盘转了45转,则此次烤面包机工作 min;若在用电高峰期,实际电压低于220V,烤面包机的实际功率将 (填“变 大”、“变小”或“不变”)。
这题第一空给出的参考答案是4400,是根据电能表所标示的电压和电流参数,再依据参数的实际意义进行计算,最大总功率应该是选择标示的电压和额定最大电流(即括号内20A)进行计算所得,也是本人所认同的考虑电能表最大允许的总功率。
本人作为初中科学的一线教师,也横向对照了不同初中版本近期的教材,发现北师大版、人教版(2007第三版已改,王得敏老师文章已提及到)、苏教版的教材都参照国家标准的电流参数含义来表述,而浙教版和华师大版则仍旧表述为短时间内可允许达到的最大电流。本人认为,教材是教师和学生日常知识教学的基石,应该有正确的表述,虽然版本不同,但知识是一样的,需要统一,以免造成教师教无所依,学生学无所据。
参考文献:
[1]王得敏. 一个亟待澄清的问题——关于电能表电流参数的概念.物理教师(初中版),2009,(03):25.
[2]王克城. 关于《一个亟待澄清的问题》的思考——与王得敏老师的商榷.物理教师,2011,32(01):27.